全球首台超导量子热机，或为打造大型量子计算机铺路

芬兰阿尔托大学的研究团队成功研制出全球首个基于超导电路的循环式量子热机，标志着量子热力学从理论走向实验验证的重要一步。该装置将超导量子比特（transmon qubit）、微波谐振腔和量子电路制冷器集成在一个极低温（毫开尔文级）芯片上。研究人员在其中复现了经典汽车发动机所用的奥托热力学循环——但尺度缩小到纳米级别，并全程在量子相干态下运行。与传统热机依赖外部高温热源和低温冷源不同，该系统仅用一个可编程调控的量子电路制冷器，就能按需对量子比特进行加热或冷却，从而同时充当‘热库’和‘冷库’。实验证实：热量流经量子比特时，确实产生了可测量的正向功输出，且能稳定循环工作。这一原理验证为发展‘自主式量子硬件’铺平道路——例如，未来可在芯片上直接读取量子比特状态，无需将微波信号从接近绝对零度的芯片层层放大传至室温，从而大幅减少昂贵、易引入噪声的数百万根微波线缆。按芬兰量子技术战略规划，2035年目标是建成含千个逻辑量子比特的量子计算机，实际可能需要数十万物理量子比特；若沿用现有技术，将耗费巨量线缆（每根数千欧元）并严重干扰量子态。本研究依托芬兰国家级纳米与量子技术平台OtaNano完成，获芬兰科学院和芬兰文化基金会资助。